JP4091950B2 - 部品の実装位置補正方法および表面実装機 - Google Patents

Description

本発明は、ＩＣ等の部品をプリント基板に装着するように構成された表面実装機の実装位置補正方法および同補正方法を実施可能な表面実装機に関するものである。

従来から、部品吸着用の吸着ヘッドを有する移動可能なヘッドユニットによりＩＣ等の電子部品を部品供給部から吸着し、この部品を所定の作業位置に位置決めされているプリント基板上に移送して装着するようにした表面実装機は一般に知られている。

この種の実装機では、吸着ヘッドに対する部品の吸着ずれを加味してプリント基板上に実装する必要がある。つまり、部品の吸着状態に応じてヘッドユニットの実装時の移動目標位置を補正する必要がある。

この方法としては、例えばヘッドユニットの吸着ヘッド近傍にマークを設け、このマークと吸着ヘッドの位置関係を予め調べて既知の情報として記憶するとともに、基台上にＣＣＤエリアセンサからなるカメラを設け、部品吸着後、上記マークと吸着部品をカメラにより撮像し、画像上のマークと吸着部品の位置関係と上記既知の位置関係とに基づいて吸着ヘッドに対する部品のずれ量を求め、このずれ量に基づいて実装位置を補正することが考えられる。

ところで、この種の実装機では、駆動誤差や、機構部分の熱膨張等によりヘッドユニットに移動誤差が生じて実装精度に影響を及ぼすことが知られており、従って、上記マークや吸着部品の撮像時に、併せてこのようなヘッドユニットの移動誤差を調べることができれば、部品の実装位置の補正をより正確に行うことが可能となり都合がよい。

また、上記従来の方法では、ＣＣＤエリアセンサからなるカメラによりマークと吸着部品とを撮像する必要があるため、例えばヘッドユニットに複数の吸着ヘッドを備える実装機では、吸着ヘッド毎にマークを設ける必要があるが、近年、ヘッドユニットは、実装の高速化を図るべく小型化の傾向にあり、吸着ヘッド毎にマークを設けるのはスペース的に難しいという問題がある。従って、ヘッドユニットの小型化の要請に応えつつ部品の吸着ずれを精度よく検出できるようにする必要もある。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、基板に対してより高い精度で部品を実装できるようにすること、好ましくは、ヘッドユニットによる部品実装位置の補正を合理的に行うことを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る方法は、部品装着用の複数の吸着ヘッドを有した移動可能なヘッドユニットにより部品供給部から電子部品を吸着し、この部品を所定の作業用位置に位置決めされた基板上に実装する際の実装位置の補正方法であって、基台上に設けたリニアセンサを有するカメラを用い、上記ヘッドユニットを上記カメラ上に移動させることにより、上記吸着ヘッドによる吸着部品と上記ヘッドユニットに設けた一対のマークとを一画像として連続的に撮像し、その画像から、画像上での上記マークと吸着部品との位置関係と、既知の情報である上記マークと吸着ヘッドとの位置関係とに基づいて部品の吸着ずれ量を求めるとともに、両マークの画像上の間隔と該間隔の基準値とに基づいてヘッドユニットの移動誤差を求め、上記吸着ずれ量及び上記移動誤差に基づき上記ヘッドユニットによる部品の実装位置を補正するようにしたものである。

この方法によると、ヘッドユニットに設けたマークの撮像に基づき、駆動誤差や機構部分の熱膨張等に起因するヘッドユニットの移動誤差を検知することが可能となり、これにより実装位置補正の信頼性が向上する。また、部品の吸着ずれ量に基づいてさらにヘッドユニットの駆動が制御されることにより、部品の実装精度が高められる。さらに、リニアセンサに対してヘッドユニットを移動させながら吸着部品およびマークを一画像として連続して撮像するため、吸着ヘッドの数よりも少ないマークの数で各部品の吸着ずれ量とヘッドユニットの移動誤差とを調べて実装位置の補正を行うことが可能となる。

一方、本発明の請求項２に係る表面実装機は、部品装着用の複数の吸着ヘッドを有した移動可能なヘッドユニットにより部品供給部から電子部品を吸着し、この部品を所定の作業用位置に位置決めされた基板上に実装する表面実装機において、上記ヘッドユニットに設けられる一対のマークと、基台上に配設され、上記吸着ヘッドによる吸着部品及び上記マークを撮像可能なリニアセンサを有するカメラと、所定の実装動作を実行するとともに、ヘッドユニットを上記カメラ上に移動させて、上記吸着ヘッドによる吸着部品と上記一対のマークとを一画像として連続的に撮像すべくヘッドユニットの駆動を制御する制御手段と、撮像された画像から、画像上での上記マークと吸着部品との位置関係と、既知の情報である上記マークと吸着ヘッドとの位置関係とに基づいて部品の吸着ずれ量を演算するとともに、両マークの画像上の間隔とその間隔の基準値とに基づいてヘッドユニットの移動誤差を演算する演算手段とを備え、上記制御手段は、上記演算手段により求められた上記吸着ずれ量及び上記移動誤差に基づいてヘッドユニットによる部品の実装位置を補正するように構成されているものである。

この表面実装機によると、ヘッドユニットがカメラ上に移動することにより一対のマークが撮像され、その画像に基づいてヘッドユニットの移動誤差が求められ、実装動作時には、この移動誤差に基づいてヘッドユニットの駆動が制御されることにより部品の実装位置が補正される。また、上記吸着ずれ量に基づいてさらにヘッドユニットの駆動が制御されることにより部品の実装位置が補正される。

本発明の請求項１に係る部品の実装位置補正方法によると、ヘッドユニットに一対のマークを設けておき、これらをカメラにより撮像して画像上での両マークの間隔を調べることによりヘッドユニットの移動誤差を求め、この誤差に基づいて上記ヘッドユニットによる部品の実装位置を補正するため、駆動誤差や機構部分の熱膨張等に起因するヘッドユニットの移動誤差を排除して実装精度を高めることができる。特に、移動誤差とともに部品の吸着誤差を加味して部品の実装位置を補正するため実装精度を高めることができ、しかも、リニアセンサに対してヘッドユニットを移動させながら吸着部品およびマークを一画像として連続して撮像することにより、吸着ヘッドの数よりも少ないマークの数で各部品の吸着ずれ量とヘッドユニットの移動誤差とを調べて実装位置の補正を行うことが可能となるので、ヘッドユニットによる部品実装位置の補正を合理的に行うことができる。

そして、請求項２に係る表面実装機によると、一連の実装作業中に請求項１に係る方法を良好に実行することが可能となるため、これによって実装精度を高めることができる。

本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１および図２は本発明に係る表面実装機（以下、実装機と略す）の一例を概略的に示している。この図において、基台１上には、搬送ラインを構成するコンベア２が配置され、プリント基板３が上記コンベア２上を搬送されて所定の作業用位置で位置決めされた状態で停止されるようになっている。

上記コンベア２の側方には、部品供給部４が配置されている。この部品供給部４は、例えば、多数列のテープフィーダー４ａを備えており、各テープフィーダー４ａは、それぞれＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等の小片状の電子部品を所定間隔おきに収納、保持したテープがリールから導出されるように構成されるとともに、テープ送り出し端には送り機構が具備され、後述のヘッドユニット５により部品がピックアップされるにつれてテープが間欠的に送り出されるようになっている。

また、上記基台１の上方には、電子部品搭載用のヘッドユニット５が装備されている。このヘッドユニット５は、部品供給部４と上記作業用位置に位置決めされたプリント基板３とにわたって移動可能とされ、当実施形態ではＸ軸方向（コンベア２の方向）およびＹ軸方向（水平面上でＸ軸と直交する方向）に移動することができるようになっている。

すなわち、上記基台１上には、Ｙ軸方向に延びる一対の固定レール７と、Ｙ軸サーボモータ９により回転駆動されるボールねじ軸８とが配設され、上記固定レール７上にヘッドユニット支持部材１１が配置されて、この支持部材１１に設けられたナット部分１２が上記ボールねじ軸８に螺合している。また、上記支持部材１１には、Ｘ軸方向に延びるガイド部材１３と、Ｘ軸サーボモータ１５により駆動されるボールねじ軸１４とが配設され、上記ガイド部材１３にヘッドユニット５が移動可能に保持され、このヘッドユニット５に設けられたナット部分（図示せず）が上記ボールねじ軸１４に螺合している。そして、Ｙ軸サーボモータ９の作動によりボールねじ軸８が回転して上記支持部材１１がＹ軸方向に移動するとともに、Ｘ軸サーボモータ１５の作動によりボールねじ軸１４が回転してヘッドユニット５が支持部材１１に対してＸ軸方向に移動するようになっている。

なお、上記Ｙ軸サーボモータ９及びＸ軸サーボモータ１５には、それぞれエンコーダからなる位置検出手段１０，１６が設けられており、これによってヘッドユニット５の作動位置検出が行われるようになっている。

上記ヘッドユニット５には、部品吸着用のノズルを先端に備えた複数の吸着ヘッド２０が搭載されており、当実施の形態では８本の吸着ヘッド２０がＸ軸方向に一列に並べて配設されている。

各吸着ヘッド２０は、それぞれヘッドユニット５のフレームに対してＺ軸方向（上下方向）の移動及びＲ軸（ノズル中心軸）回りの回転が可能とされ、図外のＺ軸サーボモータ及びＲ軸サーボモータにより駆動されるようになっている。また、各吸着ヘッド２０のノズルは、バルブ等を介して負圧供給手段に接続されており、部品吸着用の負圧が供給されるようになっている。

また、ヘッドユニット５には吸着ヘッド２０による部品の吸着ずれ等を調べるための一対のマーク２２が設けられている。これらのマーク２２は、上記のようにＸ軸方向に配列された吸着ヘッド２０の両外側（図２では左右両外側）に該吸着ヘッド２０に一列に並べて設けられており、いずれも後記部品認識カメラ２３による撮像が可能となるように下側に向かって設けられている。

上記基台１には、さらにコンベア２と一方の部品供給部４との間に、上記各吸着ヘッド２０に吸着された部品を撮像するための部品認識カメラ２３が設けられている。この部品認識カメラ２３は、ＬＥＤ等からなる光源を備えた照明部２３ａとセンサ本体２３ｂとから構成されている。センサ本体２３ｂは、ＣＣＤ固体撮像素子がＹ軸方向（吸着ヘッド２０の配列方向と直交する方向）に並設されたＣＣＤリニアセンサであって、上記照明部２３ａに形成されたＹ軸方向のスリットを介して一次元的に吸着部品像等を撮像するように構成されている。

図３は、上記実装機の制御系をブロック図で示している。

上記実装機は、論理演算を実行する周知のＣＰＵ、そのＣＰＵを制御する種々のプログラムなどを予め記憶するＲＯＭおよび装置動作中に種々のデータを一時的に記憶するＲＡＭ等から構成される制御装置３０を有している。

この制御装置３０は、主制御手段３１、ドライバ３２、画像処理手段３３および演算手段３４等を含んでいる。

主制御手段３１は、実装機の動作を統括的に制御するもので、予め記憶されたプログラムに従って部品の吸装着装動作を実行すべくドライバ３２を介してヘッドユニット５等の駆動を制御するものである。特に、部品吸着後は、後に詳述するように、各吸着ヘッド２０により吸着した部品および上記マーク２２を部品認識カメラ２３により撮像する部品認識動作を実行すべくヘッドユニット５を駆動制御するとともに、この部品認識動作で求められる部品の吸着ずれ量等に基づいてヘッドユニット５による部品の装着位置を補正すべくヘッドユニット５を駆動制御する。

上記ドライバ３２は、ヘッドユニット５を駆動制御するもので、上記Ｘ軸、Ｙ軸等の各サーボモータ１５，９やそれらの位置検出手段１６、１０等がこのドライバ３２に接続されている。そして、実装動作時には、このドライバ３２を介して上記サーボモータ１５等の駆動が上記主制御手段３１により統括的に制御されるようになっている。

上記画像処理手段３３は、部品認識カメラ２３から出力される画像信号に所定の画像処理を施すものである。

上記演算手段３４は、部品認識動作において基板認識カメラ２３により撮像された上記マーク２２（一方のマーク２２）と各吸着部品の画像上での位置関係と、予め記憶されているマーク２２（上記一方のマーク２２）と各吸着ヘッド２０の位置関係（理論上の位置関係、あるいは事前に実測した位置関係；既知の情報）とに基づいて各吸着ヘッド２０に対する各吸着部品の吸着ずれ量Δａを求めるとともに、両マーク２２の画像上での間隔（すなわち、Ｘ軸方向の間隔）と、予め記憶されている同間隔の基準値（理論上の値、あるいは事前に実測した値）とを比較し、Ｘ軸方向のヘッドユニット５の移動誤差Δｂを求めるものである。

次に、上記実装機による実装動作について図４のフローチャートを用いて説明する。

上記実装機おいて実装動作が開始されると、まず、プリント基板３がコンベア２に沿って搬入されて上記作業用位置に位置決めされるとともに、これと略同時に、ヘッドユニット５が部品供給部４の上方に配置され、最初の部品がテープフィーダー４ａから吸着されて取出される（ステップＳ１，Ｓ２）。

次いで、他に吸着すべき部品が有るか否かが判断され、有る場合にはステップＳ１に移行されて次の部品の吸着が行われる（ステップＳ３）。一方、他に吸着すべき部品がない場合には（ステップＳ３でＮＯ）、ステップＳ４に移行され、部品認識動作が実行される。

具体的には、部品認識カメラ２３の上方においてヘッドユニット５が例えば図１中に矢印で示す方向（Ｘ軸方向）に一定の速度で移動することにより、部品認識カメラ２３により各吸着部品および各マーク２２の主走査方向（ＣＣＤ固体撮像素子の配列方向；Ｙ軸方向）の画像が、副走査方向（Ｘ軸方向）に順次取込まれて所定の画像信号として画像処理手段３３に出力される。これにより各吸着部品および両マーク２２が一画像として連続的に撮像されることとなる。この際、部品認識カメラ２３の撮像は、上記Ｘ軸サーボモータ１５の位置検出手段１６から出力されるパルス信号に同期して行われる。

こうして部品認識カメラ２３上をヘッドユニット５が完全に通過し、全ての吸着部品および両マーク２２の撮像が完了すると、各吸着部品と上記マーク２２の画像上での位置関係と、マーク２２と各吸着ヘッド２０の既知の位置関係とから各吸着ヘッド２０に対する部品の吸着ずれ量Δａが求められるとともに、両マーク２２の画像上の間隔と、その基準値とからヘッドユニット５のＸ軸方向の移動誤差Δｂが求められる（ステップＳ５）。

そして、最初の部品実装位置にヘッドユニット５が移動して部品の実装が行われる（ステップＳ６）。この際、上記主制御手段３１において各部品の吸着ずれ量Δａおよびヘッドユニット５の移動誤差Δｂに基づいて該ずれ等を是正するようにヘッドユニット５の移動目標位置が補正される。

部品が実装されると、次いで、他に実装すべき部品が有るか否かが判断され、有る場合には、ステップＳ６に移行されて次の部品の実装が行われる。一方、他に実装すべき部品がない場合（ステップＳ８でＮＯ）には、本フローチャートが終了する。

以上説明した上記実装機によると、ＣＣＤリニアセンサからなる部品認識カメラ２３に対してヘッドユニット５を移動させながら各吸着ヘッド２０の吸着部品および両マーク２２を一画像として連続的に撮像するようにしているので、複数の吸着部品に対しても、上述したように一のマーク２２に基づいて各部品の吸着ずれ量Δａを求めることができる。従って、部品の実装位置の補正を合理的な構成で求めることができ、これによりヘッドユニットの小型化の要請にも良好に応えることができるという効果がある。

しかも、ヘッドユニット５に一対のマーク２２を設け、部品認識動作において、これらマーク２２の画像上での間隔を併せて調べることによりヘッドユニット５のＸ軸方向の移動誤差Δｂを求め、実装時には、部品の吸着ずれ量Δａのみならずこの移動誤差Δｂに基づいてヘッドユニット５による部品の実装位置を補正するようにしているので、プリント基板３に対する部品の装着をさらに正確に行うことができるという効果がある。

なお、この実装機ではＸ軸方向に一対のマーク２２を設けてヘッドユニット５のＸ軸方向の移動誤差Δｂを求めるようにしているが、さらにＹ軸方向に一対のマークを設けるとともに、これらのマークをヘッドユニット５のＹ軸方向の移動に伴い撮像可能なＣＣＤリニアセンサからなる部品認識カメラを基台１上に設置し、このカメラにより上記両マークを撮像することによりＹ軸方向のヘッドユニット５の移動誤差を同様に求めるようにしてもよい。このようにＹ軸方向の移動誤差を加味してヘッドユニット５による部品の実装位置補正を行うようにすれば、さらに実装精度の向上が期待できる。

本発明に係る表面実装機を示す平面略図である。 表面実装機を示す正面図である。 表面実装機の制御系を示すブロック図である。 実装動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

２ コンベア
３ プリント基板
４ 部品供給部
５ ヘッドユニット
９ Ｙ軸サーボモータ
１０，１６ 位置検出手段
１５ Ｘ軸サーボモータ
３０ 制御装置
３１ 主制御手段
３２ ドライバ
３３ 画像処理手段
３４ 演算手段

Claims (2)

1. 部品装着用の複数の吸着ヘッドを有した移動可能なヘッドユニットにより部品供給部から電子部品を吸着し、この部品を所定の作業用位置に位置決めされた基板上に実装する際の実装位置の補正方法であって、
   基台上に設けたリニアセンサを有するカメラを用い、上記ヘッドユニットを上記カメラ上に移動させることにより、上記吸着ヘッドによる吸着部品と上記ヘッドユニットに設けた一対のマークとを一画像として連続的に撮像し、
   その画像から、画像上での上記マークと吸着部品との位置関係と、既知の情報である上記マークと吸着ヘッドとの位置関係とに基づいて部品の吸着ずれ量を求めるとともに、両マークの画像上の間隔と該間隔の基準値とに基づいてヘッドユニットの移動誤差を求め、
   上記吸着ずれ量及び上記移動誤差に基づき上記ヘッドユニットによる部品の実装位置を補正することを特徴とする部品の実装位置補正方法。
2. 部品装着用の複数の吸着ヘッドを有した移動可能なヘッドユニットにより部品供給部から電子部品を吸着し、この部品を所定の作業用位置に位置決めされた基板上に実装する表面実装機において、
   上記ヘッドユニットに設けられる一対のマークと、
   基台上に配設され、上記吸着ヘッドによる吸着部品及び上記マークを撮像可能なリニアセンサを有するカメラと、
   所定の実装動作を実行するとともに、ヘッドユニットを上記カメラ上に移動させて、上記吸着ヘッドによる吸着部品と上記一対のマークとを一画像として連続的に撮像すべくヘッドユニットの駆動を制御する制御手段と、
   撮像された画像から、画像上での上記マークと吸着部品との位置関係と、既知の情報である上記マークと吸着ヘッドとの位置関係とに基づいて部品の吸着ずれ量を求めるとともに、両マークの画像上の間隔とその間隔の基準値とに基づいてヘッドユニットの移動誤差を求める演算手段とを備え、
   上記制御手段は、上記演算手段により求められた上記吸着ずれ量及び上記移動誤差に基づいてヘッドユニットによる部品の実装位置を補正するように構成されていることを特徴とする表面実装機。

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